住建部发布 | 智能建造典型案例（三十）大疆航测无人机在土石方工程测量和施工现场管理中的应用
小编语：近日住建部发布了智能建造新技术新产品创新服务典型案例，为推广智能建造可复制经验做法，我们将陆续对其中涉及到施工安全的案例进行推送，敬请关注
住房和城乡建设部办公厅关于发布
智能建造新技术新产品创新服务
典型案例（第一批）的通知
各省、自治区住房和城乡建设厅，直辖市住房和城乡建设（管）委，北京市规划和自然资源委，新疆生产建设兵团住房和城乡建设局：
按照《住房和城乡建设部等部门关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（建市〔2020〕60号）要求，为总结推广智能建造可复制经验做法，指导各地住房和城乡建设主管部门和企业全面了解、科学选用智能建造技术和产品，经企业申报、地方推荐、专家评审，确定124个案例为第一批智能建造新技术新产品创新服务典型案例（案例集可在住房和城乡建设部门户网站上查询）。现予以发布，请结合实际学习借鉴。
住房和城乡建设部办公厅
2021年11月22日
（此件主动公开）
大疆航测无人机在土石方工程测量和施工现场管理中的应用深圳市大疆创新科技有限公司
一、基本情况
（一）案例简介
深圳市大鹏新区人民医院项目采用了深圳市大疆创新科技有限公司的无人机一站式航测解决方案，实现施工现场数据全流程自动化采集与查看。该项目通过在工地区域部署无人机值守机场，自动控制无人机在工地现场执行航线任务并采集数据，在上传至深圳市工务署成果信息管理平台后自动开启模型重建任务，构建了高精度二维正射影像与三维实景模型。项目通过在线化的工程数据依托实景模型，实现了土方量快速计算与分析、工程进度动态查看与对比，可以无死角掌握项目现场信息，从而提升了项目进度精细化管理水平，提高了多方沟通效率，降低了项目建造成本。
（二）申报单位简介
深圳市大疆创新科技有限公司于2006年成立，从事无人机系统、影像系统等研发，现已广泛应用于测绘、工程、新闻、影视、农业、消防、救援、能源、安防、林业、野生动物保护等领域。大疆公司的行业应用为政府、公共事业机构及企业客户提供无人机飞行平台、多样传感器载荷、专业软件、售后服务及飞行培训一体化的解决方案与定制服务。
二、案例应用场景和技术产品特点
（一）技术方案要点
无人机倾斜摄影技术作为当前国际测绘遥感领域中新兴发展的一项技术，其实质是在同一飞行平台上搭载多个传感器，同时从垂直、倾斜角度等多个角度对地物进行拍摄，使得获取的地物信息更完整、更全面。其中，以垂直于地表水平面的角度对地物拍摄获取的影像为正片，以倾斜角度（即传感器与地面的水平线成一定的角度）对地物拍摄获取的影像称为斜片。影像数据被传入计算机系统以后，经过专门软件的处理，即可建立三维模型。
1.技术基础。无人机倾斜摄影技术由数据采集系统、数据处理系统组成。其中数据采集系统是指获取生产三维实景模型所需外业数据的主要软硬件设施如图1所示，主要包括无人机、GPS（全球定位系统）、无人机操控系统和航线规划软件。数据处理系统主要是指用于无人机三维建模的数据处理软件，包括 大疆智图、ContextCapture、Metashape、Pix4Dmapper等。
图1 硬件设施
2.无人机值守机场。无人机值守机场，也称无人机自动机场如图2所示，具备无人机自动存储以及放飞回收、充电功能，可将无人机直接部署到作业现场，解决人工携带无人机通勤的问题。不工作时，无人机待机在自动机场内；工作时，机场舱门打开，升降平台上升至顶部，无人机自动起飞，按照既定巡检线路自动飞行。由于无人机值守机场具备远程执行飞行任务、自动采集、自动充电管理等功能，可实现每日执行多次任务、辅助工程现场的安全文明施工检查以及工程进度的实时更新。
图2 小型无人机值守机场
3.工作流程。利用无人机倾斜摄影技术构建三维实景模型的工作流程如图3所示，主要包括飞行前准备、倾斜影像数据采集和倾斜影像数据处理等几大步骤。
图3 三维实景模型构建技术流程
（二）技术创新点
1.项目模型宏观微观综合呈现。将无人机生成的高精度全视角实景三维模型与BIM模型、CAD图纸、GIS模型等数据融合，构建“地形+影像+模型+矢量”宏观微观一体化三维空间场景，实现工程概貌全视角展示，形象进度互动式体验、工程数据场景式查看。
2.工程进度对比与展示。通过无人机倾斜摄影全景照片来解决传统进度管理中颗粒度粗糙、进度量化比对不完善等工程管理问题，配合洞察云平台，直观地展示施工现场的真实进度情况，高效、便捷地进行形象进度管理。同时，通过对影像数据处理生成的不同时间段施工现场三维实景模型，配合测量、分析及标注功能，提高工程管理中多方沟通进度的效率。
3.在线土方测量辅助算量。不同于正射影像只能竖直向下观察目标的特性，通过倾斜摄影技术建立的三维模型具有实物的完全尺寸特征，可以从任意角度对目标进行测量、分析。将倾斜摄影与 RTK （实时动态载波相位差分技术）定位的有效结合，通过对原始地形信息进行多视影像联合平差、多视影像关键匹配等数据加工，实现场地平整，路基开挖及填筑土方量的快速精确化计算，与传统人工土方测量相比，可提高土方测量效率，减少人工测量造成的误差，数据客观，可作为土方测量的一个辅助验证手段。
4.安全文明施工预警预测。智能空中巡检项目的质量和安全管理问题，辅助作业规范、事故定责与回溯，测量建筑实体影像的高度、角度、坡度等参数，实现问题查看、分析、对比一体化监测，助力项目现场常态化、全方位无死角管控。可用于安全文明施工巡检，对施工过程中的状态、行为进行巡检管理，如对裸土覆盖、围板、塔吊等重点位置进行监控管理，弥补摄像头监控盲区，对于重点施工隐患区域及时推送预警信息。
（三）应用场景
无人机倾斜摄影技术结合无人值守机库可进行土方测量、形象进度查看、空中巡检，适用于建筑全生命周期各环节阶段。
（四）与国内外同类先进技术的比较和市场应用总体情况
1.海外市场
SKYCATCH是2016年成立的基于无人机的SaaS数据服务提供商，为建筑及数字矿山客户提供便捷的工程测量、分析、可视化服务，目前仅提供SaaS云产品，不提供实施服务。AERODYNE是一家综合解决方案提供商，提供SaaS+本地服务一体商业模式，产品覆盖电力、精准农业、物流多个领域，可以提供从解决方案、云管平台到技术等全链条服务。
2.国内市场
奇志动联于2015年成立，2017年开始调整方向转为做建筑方向的无人机技术服务，具备兜底业务流量以及实践场景。因诺科技于2015年成立，2019年着手启动信息化平台研发，深耕于管道巡检垂直细分领域，在商务端有先发优势。
（五）大疆航测解决方案优势
大疆行业应用部以“重塑生产力”为使命，致力于为政府、公共事业机构及企业客户提供无人机飞行平台、多样化载荷、专业软件、售后服务及飞行培训一体化的解决方案。其中大疆航测解决方案提供一体化飞行平台、网络RTK及云PPK（动态后处理差分技术）解算的厘米级导航定位服务、高效智能的大疆智图建模软件，已成功应用于测绘、能源、建筑、基础设施巡检、公共安全等20多个细分行业。
同时，大疆与深圳市奇航疆域技术有限公司在此领域开展了深入合作，基于智能硬件巡检学习多源融合模型算法，突破了传统基于图像的单一维度的识别分析算法，将图像、视频、工程模型、业务数据、IoT（物联网）传感器数据的多重融合比对分析，为客户提供更精准的运维诊断，并且经过升级迭代，可以完成运维状态的预测与评估。
三、案例实施情况
（一）案例基本信息
深圳市大鹏新区人民医院位于广东省深圳市大鹏新区葵涌街道葵新社区，总建筑面积41.7万㎡，建筑高度80.25m，地上最大层数16层，地下2层。规划建筑为1栋裙楼加2栋塔楼、床位2000张，内设包括住院楼、康复中心、门诊医技楼、行政楼、宿舍楼、报告厅、科研楼以及地下室等。
（二）现场踏勘与航线规划验证
1.项目信息收集与入库。针对项目位置、范围线、坐标信息等自然地理信息进行初步收集，借助地理信息工具进行远程的项目地调，为硬件、设备、网络施工进场做好前期准备工作。
2.现场踏勘。项目工程师到达现场后，针对地形范围线、采集区域进行实地踏勘，聚焦于地形，部署地点、限制飞行条件等方面。针对地形进行必要的原始数据的采集，以便进行自动化采集流程的规范设计。
3.航线规划与验证。经评估，踏勘现场符合需求的前提下，工程师进行施工进场方案、飞行线路、网电等方案的设计和模拟踏勘，来确保硬件进场的可行性，并且以书面形式提供项目方评定审核，确认后方可执行。
4.飞行许可报备。项目工程师在进场前进行项目位置查询，对存在禁飞区域进行报备飞行申请。
（三）固定机场安装
现场系统实施需要对现场条件进行详细踏勘。在保障现场具备的物料运输条件、物料装卸条件、确认机场的安装位置的前提下，再根据设计要求进行机场硬软件系统、通信系统和供电系统的安装。实现从机场系统部署，场地部署，供电系统部署，机场本体与桅杆整体部署到管控平台部署。
图4 固定机场现场安装效果示意图
（四）成果处理
大疆智图是一款提供自主航线规划、飞行航拍、二维正射影像与三维模型重建的计算机应用软件，可智能、高效地输出厘米级实景二维/三维模型，建模效率是市面主流软件的5～10倍。
洞察信息化平台（如图5所示）是由奇航自主研发的自动化的数据上传、处理、呈现及管理的综合性信息化平台，清晰明了的多任务管理系统，可以快速地定位及查看相应的数据，并进行数据分析、调阅及查看，无需客户端，兼容电脑及移动端快速查看。开放的API（应用程序接口）接口可以便捷地将数据接入到对应的数据信息化平台中。
图5 洞察信息化平台
大鹏医院三维模型成果如图6所示，在平台中可进行模型查看、分析及分享，分享如图7所示。
图6大鹏医院三维模型
由于无人机倾斜摄影技术可采集精确的建筑物侧面纹理，且重建的高精度三维模型能够嵌入准确的地理信息，因此可利用工具箱内距离、面积、可视域分析等功能（如图8所示），快速对模型进行技术测量和分析。
图8 平台工具箱展示
此外，深圳市工务署成果信息管理平台还可以通过标注将地块分为不同的功能区域（如图9所示），方便辨识及查看，同时也可以将部分地块进行置平工作。
图9 平台标注功能展示
四、应用成效
（一）解决的问题
无人机倾斜摄影技术结合自动值守机场在工程项目管理上的应用，充分运用了信息化和可视化的方法，不仅能够有效解决施工现场数据获取速度慢、周期长、人工成本高、受场景局限影响等问题，而且对施工过程中施工方案的顺利实施、施工现场各工序的有效推进、施工现场动态安全监控、施工过程档案资料的数字化存储，提供了重要的技术方法保障。
1.智能自动现场数据采集。打破传统无人机单一、复杂、低时效的使用问题，通过远程控制机场、自动航线、云推送任务等功能，实现项目现场一键采集倾斜摄影影像、全景影像、视频并自动化处理，在提高原有进度信息丰富度的基础上，大大减少了项目现场操作的工作量。
2.云计算提高模型重建时效。充分利用云计算的技术优势，将无人机采集到的综合数据与集群云服务的强大计算力相结合，最大实现 5000GFLOAs 的浮点精度运算，做到当天采集，当天便能查看数据成果。
3.可视化成果数据立体交互呈现。在高效采集的基础上，实现“模型+影像+地形+矢量”的融合，现场项目数据不仅可以在真实三维空间进行实景查看，在线化的数据信息可以依托实景模型为承载，查看各种工程数据。如文明安全施工预警，方量测量在线分析等，实现查看、分析、对比一体化，无死角掌握项目现场信息。
4.模型成果创新轻量化分享。快速实现 TB 级别三维 GIS 数据服务，使用轻量化分享功能，一键分享成果数据，手机、电脑等多个终端均可同时查看，大大降低使用与沟通成本，满足项目参建各方快速查看项目实时信息的需求。
（二）应用效果
1.土方工程测量。相对于人工测量，标高点提取数量多7倍，方量准确度提高最高15%，投标阶段使用可有效提高施工成本预估准确性，基坑施工阶段以此方量结果结算，相对于人工测量结算，平均节约10%的成本。
2.形象进度管理。使用大疆-奇航一站式航测解决方案，可节约乙方、监理方20%的人员，人员年费用节约30万/年。通过节点安全文明施工检查，提前发现、排查多处施工隐患，预估节约工时10余天，停工成本约20万/天。甲方单位通过平台可以实时查看施工进度，节约甲方管理人员30%的工时，人员年费用节约40万/年。
执笔人：
深圳市大疆创新科技有限公司(李焕婷)
审核专家：
袁烽（同济大学，建筑与城市规划学院副院长、教授）
宋晓刚（中国机械工业联合会，执行副会长、教授级高级工程师）
2021年5月建筑智能建造技术初探及其应用
定价：116 元 折扣价：112元 出版时间：2021.5
中国建筑工业出版社
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